science >> Wetenschap >  >> Fysica

Nieuwe synchrotron-poederdiffractiefaciliteit voor langlopende experimenten

De belangrijkste onderdelen staan ​​op de grote granieten tafel. Krediet:Claire A. Murray et al

Synchrotron-bundellijnen en hun instrumenten zijn gebouwd om de fotonenbundelkracht van synchrotronstraling (SR) te benutten, die speciale eigenschappen heeft - bij uitstek geschikt voor het verstrekken van gedetailleerde en nauwkeurige structurele informatie die moeilijk te verkrijgen is uit conventionele bronnen. De gebruikelijke modus operandi voor dergelijke faciliteiten is dat gebruikers een korte straaltijd krijgen toegewezen, meestal een paar uur tot een paar dagen, waarin ze hun experimenten kunnen uitvoeren.

Met technologische vooruitgang in instrumentatie, detectie, computer kracht, automatisering en toegang op afstand, SR-faciliteiten ontwikkelen nieuwe manieren van toegang, ontworpen om de snelheid te verhogen, efficiëntie en doorvoer van gebruikersexperimenten, zoals op de macromoleculaire bundellijnen bij Stanford Synchrotron Radiation Light Source in de VS en bij de Diamond Light Source in het VK.

Echter, er is een klasse van experimenten die door deze ontwikkelingen steeds meer wordt uitgesloten, die niettemin veel baat zouden kunnen hebben bij de toepassing van SR. Bijvoorbeeld, sommige materialen ondergaan zeer langzame transformatiereacties, terwijl anderen de tijd nemen om de effecten van uitharding te vertonen, veroudering of herhaald gebruik. Deze processen kunnen subtiel zijn of weken tot maanden of zelfs jaren duren om ofwel een grove manifestatie te vertonen of te voltooien.

Momenteel is offline verwerking met voor en na SR-metingen de norm, maar waardevolle structurele informatie over groei, verandering en tussenfasen kunnen worden gemist of zelfs verloren gaan. Er is dan ook een duidelijke behoefte aan een faciliteit waarmee langzame processen kunnen worden onderzocht.

In een recent gepubliceerd paper rapporteren wetenschappers over een nieuwe speciaal gebouwde LDE-faciliteit, die is ontworpen om tegemoet te komen aan de behoeften van een breed en divers scala aan wetenschappelijk onderzoek. De nieuwe faciliteit heeft de vorm van een extra speciaal geconstrueerd eindstation naast de bestaande ultrahoge resolutie en tijdopgeloste poederdiffractiebundellijn (I11) bij Diamond. Het nieuwe eindstation is bestemd voor het hosten van maximaal 20 langetermijnexperimenten (weken tot jaren), allemaal parallel lopen.

Om de effectiviteit van deze nieuwe faciliteit aan te tonen, inbedrijfstellingsresultaten van twee contrasterende wetenschappelijke cases worden gepresenteerd. In de eerste, de langzame in situ precipitatie van het gehydrateerde magnesiumsulfaat-mineraal meridianiiet uit een waterige oplossing werd gevolgd. Aangenomen wordt dat de gehydrateerde fase wijdverbreid is op het oppervlak van Mars en is gevormd in een speciaal ontworpen lagetemperatuurcel. In de tweede studie de stabiliteit op lange termijn van het metaal-organische raamwerkmateriaal NOTT-300 werd onderzocht. Dit is een potentieel supramoleculair materiaal voor het afvangen van broeikasgassen. De eerste resultaten tonen aan dat de faciliteit in staat is om fase-evolutie en gedetailleerde structurele veranderingen te detecteren en zeer geschikt is voor veel toegepaste systemen en functionele materialen van belang. De opkomst van nieuwe wetenschap uit lopende experimenten wordt binnenkort verwacht.